JP2022032011A - Vibration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動デバイスに関する。 The present invention relates to a vibrating device.
従来、特許文献1に示すように、基板から突出している固定部と、固定部から基板との間に間隙を有して延出している基部と、基部の一端から対になって延出している振動腕と、を備え、対になっている振動腕は、平面視で互いに重なっている振動片を有する振動子が知られている。
Conventionally, as shown in
しかしながら、特許文献1に記載の振動片は、基板と、振動片の基部との間に間隙を設けるために、平面視において固定部の一部が基部からはみ出す構造となり、基板の平面方向において更なる小型化を図ることが困難であるという課題がある。
However, the vibrating piece described in
振動デバイスは、平面を有する基板と、前記基板から前記平面の法線方向に突出している固定部と、前記固定部に接続されている基部と、前記基部から前記法線方向と交差する方向に延出し、前記法線方向に並んで配置されている複数の振動腕と、を備え、前記固定部は、前記法線方向からの平面視において、前記基部の外形に内包され、かつ、前記基部よりも面積が小さい。 The vibrating device includes a substrate having a flat surface, a fixed portion protruding from the substrate in the normal direction of the plane, a base connected to the fixed portion, and a direction intersecting the normal direction from the base portion. A plurality of vibrating arms extending and arranged side by side in the normal direction are provided, and the fixed portion is included in the outer shape of the base in a plan view from the normal direction, and the base portion is included. Area is smaller than.
1.実施形態1
実施形態1に係る振動デバイス1について、図1及び図2を参照して説明する。なお、図1において、振動デバイス1の内部の構成を説明する便宜上、蓋体4を取り外した状態を図示している。また、図中、説明の便宜上、配線や端子等を省略してあり、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
1. 1.
The
図面に付記する座標においては、互いに直交する3つの軸をX軸、Y軸及びZ軸として説明する。X軸に沿う方向を「X方向」、Y軸に沿う方向を「Y方向」、Z軸に沿う方向を「Z方向」とし、矢印の方向がプラス方向である。また、Z方向のプラス方向を「上」又は「上方」、Z方向のマイナス方向を「下」又は「下方」として説明する。また、Z方向から見たときの平面視において、Z方向プラス側の面を上面、これと反対側となるZ方向マイナス側の面を下面として説明する。 In the coordinates added to the drawings, the three axes orthogonal to each other will be described as the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis. The direction along the X axis is the "X direction", the direction along the Y axis is the "Y direction", the direction along the Z axis is the "Z direction", and the direction of the arrow is the plus direction. Further, the positive direction in the Z direction will be described as "up" or "upward", and the negative direction in the Z direction will be described as "down" or "downward". Further, in a plan view when viewed from the Z direction, the surface on the plus side in the Z direction will be described as the upper surface, and the surface on the minus side in the Z direction opposite to this will be described as the lower surface.
図1及び図2に示すように、振動デバイス1は、振動素子2と、基板3と、蓋体4と、を備えている。基板3は平板状であり、基板3は平面である上面3hを有する。振動素子2は、基板3の上面3hに、後述する固定部50を介して固定される。蓋体4は、蓋体4と基板3が接続する側である下面の中央部に、振動素子2を収容する収容空間6となる凹部を有する箱状であり、振動素子2を覆うように、基板3の上面3hに固定される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
振動素子2は、第1振動素子10と、第2振動素子20と、を有する。第2振動素子20は、第1振動素子10のZ方向プラス側に配置されており、第1振動素子10と、第2振動素子20と、は基板3の上面3hの法線方向であるZ方向から見た平面視で重なっている。
The vibrating
第1振動素子10は、第1基部41と、第1基部41から延出する第1振動腕11と、第1振動腕11を振動させるための第1駆動部12及び第2駆動部13と、第1基部41の下面からZ方向マイナス側に突出し、振動素子2を基板3に固定するための固定部50と、を有する。
The first
第2振動素子20は、第2基部42と、第2基部42から延出する第2振動腕21と、第2振動腕21を振動させるための第3駆動部22及び第4駆動部23と、を有する。第2基部42のZ方向の厚さは、第2基部42の下面が、第2振動腕21の下面よりも下方に位置するように、第2振動腕21のZ方向の厚さよりも厚く形成されている。
The second vibrating
第1基部41の上面と、第2基部42の下面と、は平面視で重なるように接続されており、これにより、第1基部41と、第2基部42と、を有する基部40が形成されている。
The upper surface of the
第1振動腕11と、第2振動腕21と、は基部40のY方向プラス側の一端40aから、基板3の上面3hの法線方向であるZ方向と交差するY方向に延出している。また、第1振動腕11と、第2振動腕21と、はZ方向に並んで配置されており、平面視で重なっている。このように、第1振動腕11と、第2振動腕21と、の複数の振動腕が平面視で重なることにより、基板3の平面方向において、小型化された振動デバイス1を得ることができる。
The first vibrating
第1振動腕11の下面には、第1振動腕11側から第2電極17、圧電膜16、第1電極15の順で積層されている第1駆動部12が設けられている。第1振動腕11の上面には、第1振動腕11側から第1電極15、圧電膜16、第2電極17の順で積層されている第2駆動部13が設けられている。
On the lower surface of the first vibrating
第2振動腕21の下面には、第2振動腕21側から第1電極15、圧電膜16、第2電極17の順で積層される第3駆動部22が設けられている。第2振動腕21の上面には、第2振動腕21側から第2電極17、圧電膜16、第1電極15の順で積層される第4駆動部23が設けられている。
On the lower surface of the second vibrating
なお、第1駆動部12と、第2駆動部13と、第3駆動部22と、第4駆動部23と、のそれぞれの第1電極15は、図示しない配線により電気的に接続されている。また、第1駆動部12と、第2駆動部13と、第3駆動部22と、第4駆動部23と、のそれぞれの第2電極17は、図示しない配線により電気的に接続されている。さらに、第1電極15と、第2電極17と、は基板3の下面に設けられた複数の外部電極19と、図示しない貫通電極や層間配線を介して、電気的に接続されている。
The
なお、第1電極15及び第2電極17には、例えば、TiN、ITO、Au、Cu、Alなどの材料を用いることができる。圧電膜16には、例えば、AlN、ZnO、PZTなどの材料を用いることができる。また、第1電極15、圧電膜16、第2電極17の他に、温度の変化による共振周波数の低下を防ぐため温度補正膜や、圧電膜16の配向性を高めるための絶縁配向膜などを形成しても構わない。
For the
第1駆動部12及び第2駆動部13の圧電膜16は、第1電極15と第2電極17との間に電圧が印加されると第1振動腕11の延出方向であるY方向に伸縮する。第1駆動部12と第2駆動部13とは、第1電極15と、圧電膜16と、第2電極17と、の積層順が逆になっているので、第1駆動部12の圧電膜16が伸びると、第2駆動部13の圧電膜16が縮まり、逆に、第1駆動部12の圧電膜16が縮むと、第2駆動部13の圧電膜16が伸びる。そのため、第1振動腕11の上面と下面が逆に伸縮するので、第1振動腕11をZ方向に屈曲振動させることができる。
The
また、第1振動素子10の第1駆動部12及び第2駆動部13と、第2振動素子20の第3駆動部22及び第4駆動部23と、は第1電極15と、圧電膜16と、第2電極17と、の積層順が逆になっているので、第1振動素子10の第1振動腕11と、第2振動素子20の第2振動腕21と、はZ方向に沿って互いに逆位相で振動する。つまり、振動素子2は、第1振動腕11の先端部がZ方向プラス側に変位すると、第2振動腕21の先端部がZ方向マイナス側に変位し、逆に、第1振動腕11の先端部がZ方向マイナス側に変位すると、第2振動腕21の先端部がZ方向プラス側に変位する屈曲振動で振動する。
Further, the
このように、第1振動素子10の第1振動腕11と、第2振動素子20の第2振動腕21と、が逆位相で振動することにより、振動素子2の振動が安定する。なお、本実施形態では、振動素子2において、第1振動素子10の第1振動腕11と、第2振動素子20の第2振動腕21と、の2つの振動腕を使用しているが、3つ以上の振動腕をZ方向に並べて配置しても構わない。3つ以上の振動腕をZ方向に並べて配置する場合は、隣接するそれぞれの振動腕の振動は、互いに逆位相になるように駆動することが好ましい。
In this way, the first vibrating
また、本実施形態では、第1振動腕11及び第2振動腕21の下面及び上面に、それぞれ第1駆動部12、第2駆動部13、第3駆動部22、第4駆動部23が設けられているが、振動腕の下面又は上面の一方の面だけに駆動部を設けても構わない。例えば、第1駆動部12と第3駆動部22との2つ、又は、第2駆動部13と第4駆動部23との2つだけでも本実施形態と同様の振動をさせることができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、第1振動腕11と、第2振動腕21と、の両方の振動腕に駆動部を設けているが、第1振動腕11又は第2振動腕21の一方に駆動部を設け、他方の振動腕には駆動部を設けないことにしても構わない。例えば、第1駆動部12と第2駆動部13との2つ、又は、第3駆動部22と第4駆動部23との2つ、又は、第1駆動部12、第2駆動部13、第3駆動部22、第4駆動部23のうち1つだけでも構わない。第1振動腕11の固有振動数と、第2振動腕21の固有振動数と、を略一致させることにより、駆動部を設けた一方の振動腕が屈曲振動すると、駆動部を設けていない他方の振動腕が、共振作用で、逆位相で屈曲振動するため、少なくとも1つの振動腕に駆動部を設けることにより、本実施形態と同様の振動をさせることができる。
Further, in the present embodiment, the drive unit is provided on both the first vibrating
固定部50は、振動素子2を基板3の上面3hに固定するものである。固定部50の下面は、基板3の上面3hと接続し、固定部50の上面は、基部40の下面と接続している。言い換えると、固定部50は、基板3から、基板3の上面3hの法線方向であるZ方向プラス側に突出している。
The fixing
本実施形態では、固定部50は、略直方体であり、Z方向から見た平面視で、固定部50の下面が基板3の上面3hと接続している基板側接続部50rの面積S1と、固定部50の上面が基部40の下面と接続している基部側接続部50hの面積S2と、は略等しい。
In the present embodiment, the fixing
固定部50は、基板3の上面3hの法線方向であるZ方向から見た平面視で、基部40の外形に内包されており、かつ、基部40の面積よりも固定部50の面積は小さい。固定部50が、平面視で、基部40の外形に内包されていることにより、固定部50は、平面視で、基部40からはみ出さないので、基板3の平面方向において、小型化された振動デバイス1を得ることができる。また、平面視で、基部40の面積よりも固定部50の面積は小さいので、振動素子2の振動エネルギーが基部40から固定部50へ伝わり難くなり、振動素子2の振動エネルギーが基板3に漏洩することを抑制できるので、振動効率の高い振動デバイス1を得ることができる。
The fixed
また、固定部50は、Z方向から見た平面視で、基部40の第1振動腕11及び第2振動腕21が延出する側であるY方向プラス側の一端40aとは反対側であるY方向マイナス側に偏って配置されている。本実施形態では、固定部50は、固定部50のY方向の中心線L1が基部40のY方向の中心線L2よりもY方向マイナス側の位置となるように配置されている。固定部50を、平面視で、基部40の第1振動腕11及び第2振動腕21が延出する側とは反対側に偏って配置することにより、第1振動腕11及び第2振動腕21と、固定部50と、の間隔を離すことができるので、振動素子2の振動エネルギーが基板3に漏洩することを抑制できる。
Further, the fixed
また、本実施形態では、第2振動腕21の上面と、基部40の上面と、が同一平面にあるが、基部40の上面が第2振動腕21の上面よりも上方に位置するように、基部40の上面をZ方向プラス側に突出させても構わない。基部40の上面を上方に突出させることで、基部40の重量が増し、振動素子2が安定し、振動エネルギーの漏洩を低減することができる。
Further, in the present embodiment, the upper surface of the second vibrating
次に、振動デバイス1の製造方法について、図3~図8を参照しながら説明する。振動デバイス1の製造方法は、図3に示すように、第1振動素子形成工程と、第2振動素子形成工程と、第1振動素子10を基板3に接続する基板接続工程と、第1振動素子10と第2振動素子20を接続して振動素子2を形成する振動素子形成工程と、基板3に蓋体4を接続する蓋体接続工程と、を含んでいる。
Next, a method of manufacturing the
1.1 第1振動素子形成工程
図4に示すように、ステップS101において、第1振動素子10を形成する。具体的には、シリコンのウェハをエッチングし、第1振動腕11と、第1基部41と、固定部50と、を形成する。
次に、フォトリソグラフィー技法により、第1電極15と、圧電膜16と、第2電極17と、を含む第1駆動部12及び第2駆動部13を、第1振動腕11の下面及び上面にそれぞれ形成する。
1.1 First vibrating element forming step As shown in FIG. 4, the first vibrating
Next, by a photolithography technique, the
1.2 第2振動素子形成工程
図5に示すように、ステップS102において、第2振動素子20を形成する。具体的には、シリコンのウェハをエッチングし、第2振動腕21と、第2基部42と、を形成する。
次に、フォトリソグラフィー技法により、第1電極15と、圧電膜16と、第2電極17と、を含む第3駆動部22及び第4駆動部23を、第2振動腕21の下面及び上面にそれぞれ形成する。
1.2 Second vibrating element forming step As shown in FIG. 5, the second vibrating
Next, by a photolithography technique, the
1.3 基板接続工程
図6に示すように、ステップS103において、第1振動素子10を基板3に接続する。具体的には、まず、基板3を準備する。基板3は、シリコンのウェハをエッチングして形成された、平面視で、第1振動素子10及び第2振動素子20よりも大きな矩形の平板である。基板3は、フォトリソグラフィー技法により形成された外部電極19や図示しない貫通電極や配線を有している。
次に、第1振動素子10の固定部50の下面と、基板3の上面3hとを接続する。接続方法としては、例えば、直接接合、陽極接合、拡散接合、金属共晶接合などを用いることができる。なお、本実施形態では、基板3は、シリコンで形成しているが、絶縁性セラミックスやガラスなどで形成しても構わない。
1.3 Board connection process As shown in FIG. 6, in step S103, the first vibrating
Next, the lower surface of the fixed
1.4 振動素子形成工程
図7に示すように、ステップS104において、第1振動素子10と、第2振動素子20と、を接続し、振動素子2を形成する。具体的には、平面視で、第1振動素子10と、第2振動素子20と、が重なるように、第1振動素子10の第1基部41の上面と、第2振動素子20の第2基部42の下面と、を接続する。これにより、第1振動素子10と、第2振動素子20と、が接続された振動素子2が形成される。接続方法としては、例えば、直接接合、陽極接合、拡散接合、金属共晶接合などを用いることができる。
1.4 Vibration element forming process As shown in FIG. 7, in step S104, the
1.5 蓋体接続工程
図8に示すように、ステップS105において、基板3と、蓋体4と、を接続する。具体的には、まず、蓋体4を準備する。蓋体4は、シリコンのウェハをエッチングして形成された、振動素子2よりも大きな凹部を下面の中央部に有する箱状である。
次に、基板3の上面3hと、蓋体4の下面とを接続する。接続方法としては、例えば、直接接合、陽極接合、拡散接合、金属共晶接合などを用いることができる。このようにして、蓋体4の凹部が、振動素子2を囲うことにより、振動素子2を収容する収容空間6を有する振動デバイス1を得ることができる。なお、本実施形態では、蓋体4は、シリコンで形成しているが、金属、セラミックスやガラスなどで形成しても構わない。
1.5 Cover connection step As shown in FIG. 8, in step S105, the
Next, the
なお、第1振動素子10と、第2振動素子20と、基板3と、蓋体4と、はそれぞれを形成したウェハからダイシングにより個片化してから接続しても良く、あるいは、個片化せずにバッチ処理方式で、第1振動素子10と、第2振動素子20と、基板3と、蓋体4と、がそれぞれ複数形成されたウェハを接続してからダイシングにより個片化しても構わない。
The first vibrating
本実施形態では、基板3と、固定部50と、基部40と、第1振動腕11と、第2振動腕21と、蓋体4と、はシリコンを用いて製造されている。ポリシリコンやアモルファスシリコンのような半導体材料を用いることにより、所望の形状に容易に加工することができる。
In the present embodiment, the
なお、振動デバイス1の製造方法は上述した製造方法に限らず、例えば、第1振動素子10を形成したウェハに、CVD法やスパッタ法などを用いてポリシリコンやアモルファスシリコンなどの半導体材料を成膜し、フォトリソグラフィー技法などを用いてパターニングを繰り返す半導体プロセスによって、第1振動素子10の上方に第2振動素子20を積層構造状に形成しても構わない。
The manufacturing method of the vibrating
以上述べた通り、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。基部40から延出する第1振動腕11と、第2振動腕21と、がZ方向に並んで配置され、平面視で、重なっており、さらに、固定部50が、平面視で、基部40の外形に内包されていることにより、基板3の平面方向において、小型化された振動デバイス1を得ることができる。また、平面視で、固定部50の面積は、基部40の面積よりも小さいので、振動素子2の振動エネルギーの漏洩を抑制でき、振動効率の高い振動デバイス1を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained. The first vibrating
2.実施形態2
次に、実施形態2に係る振動デバイス1aを、図9及び図10を参照して説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
2. 2.
Next, the
本実施形態に係る振動デバイス1aは、実施形態1の振動デバイス1に比べ、振動素子2aの形状が異なる。具体的には、第1振動素子10aの固定部50aの形状が異なり、固定部50aは、くびれ部55を有する。
The
図9及び図10に示すように、固定部50aは、固定部50aの基板側接続部50rと、固定部50aの基部側接続部50hと、の間に、固定部50aの基板3の上面3hと平行な断面の断面積が、基板側接続部50rから基部側接続部50hに向かう方向であるZ方向プラス側に向かって、減少から増加に転じるくびれ部55を有する。
As shown in FIGS. 9 and 10, the fixing
図9に示すように、平面視で、固定部50aのくびれ部55の面積S3は、固定部50aの基板側接続部50rの面積S1よりも小さい。また、平面視で、固定部50aのくびれ部55の面積S3は、固定部50aの基部側接続部50hの面積S2よりも小さい。なお、本実施形態では、基板側接続部50rの面積S1と、基部側接続部50hの面積S2と、は略等しいが、基板側接続部50rの面積S1と、基部側接続部50hの面積S2と、は異なっていても構わない。
As shown in FIG. 9, in a plan view, the area S3 of the
図10に示すように、固定部50aは、X方向の断面視で、くびれ部55を有する鼓形状を有する。固定部50aの基板3の上面3hと平行な断面の断面積は、平面視で、固定部50aの基板側接続部50rからくびれ部55に向かうにつれて漸減し、くびれ部55から固定部50aの基部側接続部50hに向かうにつれて漸増している。なお、本実施形態では、平面視で、固定部50aの基板3の上面3hと平行な断面の断面積は、連続的に変化しているが、例えば、固定部50aを階段状とし、固定部50aの断面積が不連続的に変化するようにしても構わない。ただし、固定部50aの断面積を不連続的に変化させると、固定部50aに外部から応力が加わった際に、固定部50aの断面積が不連続的に変化する部分に応力が集中し、固定部50aが破損する虞があるため、固定部50aの断面積は連続的に変化させることが好ましい。
As shown in FIG. 10, the fixed
本実施形態によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
固定部50aにくびれ部55を設けることにより、振動素子2aの振動エネルギーが固定部50aから基板3へ伝わり難くなり、振動素子2aの振動エネルギーの漏洩をさらに抑制できるので、振動効率の高い振動デバイス1aを得ることができる。さらに、固定部50aが基板3と接続している基板側接続部50rと、固定部50aが基部40と接続している基部側接続部50hと、のそれぞれの面積を広く確保できるので、基板側接続部50rあるいは基部側接続部50hにおいて固定部50aが破損し難くなり、信頼性の高い振動デバイス1aを得ることができる。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects in the first embodiment.
By providing the
3.実施形態3
次に、実施形態3に係る振動デバイス1bを、図11及び図12を参照して説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
3. 3.
Next, the
本実施形態に係る振動デバイス1bは、実施形態1の振動デバイス1に比べ、振動素子2bの形状が異なる。具体的には、第1振動素子10bの固定部50bの形状が異なり、固定部50bは、四角錐台形形状を有する。
The
図11及び図12に示すように、固定部50bは、固定部50bの基板3の上面3hと平行な断面の断面積が固定部50bの基板側接続部50rから固定部50bの基部側接続部50hに向かうにつれて漸減する四角錐台形形状を有し、X方向から見た断面視で、テーパー形状を有する。
As shown in FIGS. 11 and 12, the fixing
図11に示すように、平面視で、固定部50bの基板側接続部50rの面積S1と、固定部50bの基部側接続部50hの面積S2と、は異なり、S1≠S2の関係を満たす。また、固定部50bの基板側接続部50rの面積S1は、固定部50bの基部側接続部50hの面積S2よりも大きく、S1>S2の関係を満たす。
As shown in FIG. 11, in a plan view, the area S1 of the substrate-
なお、本実施形態では、固定部50bの基板3の上面3hと平行な断面の断面積は、固定部50bの基板側接続部50rから固定部50bの基部側接続部50hに向かうにつれて、連続的に変化しているが、例えば、固定部50bを階段状とし、固定部50bの断面積が不連続的に変化するようにしても構わない。
In the present embodiment, the cross-sectional area of the fixed
本実施形態によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
平面視で、固定部50bの基板側接続部50rの面積S1と、固定部50bの基部側接続部50hの面積S2と、がS1≠S2の関係を満たすことにより、振動効率の高い振動デバイス1bを得ることができる。これは、固定部50bの基板側接続部50r又は固定部50bの基部側接続部50hのうち面積の小さい側、つまり、本実施形態では固定部50bの基部側接続部50hにおいて、振動素子2bの振動エネルギーが基部40から固定部50bに伝わり難くなり、振動エネルギーの漏洩をさらに抑制することができるからである。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects in the first embodiment.
In a plan view, the area S1 of the substrate
また、平面視で、固定部50bの基板側接続部50rの面積S1と、固定部50bの基部側接続部50hの面積S2と、がS1>S2の関係を満たすことにより、固定部50bの基板側接続部50rの面積S1を広く確保できるので、基板側接続部50rにおいて固定部50bが破損し難くなり、信頼性の高い振動デバイス1bを得ることができる。
Further, in a plan view, the area S1 of the substrate
4.実施形態4
次に、実施形態4に係る振動デバイス1cを、図13及び図14を参照して説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
4.
Next, the
本実施形態に係る振動デバイス1cは、実施形態1の振動デバイス1に比べ、振動素子2cの形状が異なる。具体的には、第1振動素子10cの固定部50cの形状が異なり、固定部50cは、逆四角錘台形形状を有する。
The
図13及び図14に示すように、固定部50cは、固定部50cの基板3の上面3hと平行な断面の断面積が固定部50cの基板側接続部50rから固定部50cの基部側接続部50hに向かうにつれて、漸増する逆四角錘台形形状を有し、X方向から見た断面視で、逆テーパー形状を有する。
As shown in FIGS. 13 and 14, the fixing
図13に示すように、平面視で、固定部50cの基板側接続部50rの面積S1と、固定部50cの基部側接続部50hの面積S2と、は異なり、S1≠S2の関係を満たす。また、固定部50cの基板側接続部50rの面積S1は、固定部50cの基部側接続部50hの面積S2よりも小さく、S1<S2の関係を満たす。
As shown in FIG. 13, in a plan view, the area S1 of the substrate-
なお、本実施形態では、固定部50cの基板3の上面3hと平行な断面の断面積は、固定部50cの基板側接続部50rから固定部50cの基部側接続部50hに向かうにつれて、連続的に変化しているが、例えば、固定部50cを階段状とし、固定部50cの断面積が不連続的に変化するようにしても構わない。
In the present embodiment, the cross-sectional area of the cross section of the fixing
本実施形態によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
平面視で、固定部50cの基板側接続部50rの面積S1と、固定部50cの基部側接続部50hの面積S2と、がS1≠S2の関係を満たすことにより、実施形態3と同等の効果を得ることができ、振動効率の高い振動デバイス1cを得ることができる。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects in the first embodiment.
In a plan view, the area S1 of the substrate-
また、平面視で、固定部50cの基板側接続部50rの面積S1と、固定部50cの基部側接続部50hの面積S2と、の関係がS1<S2の関係を満たすことにより、生産性の良い振動デバイス1cを得ることができる。これは、ウェハをエッチングして固定部50cを形成する場合、固定部50cの基部側接続部50hをアンダーカットせずに形成できるため、エッチング時間の短縮化が図れ、固定部50cを製造し易くなるからである。
Further, in a plan view, the relationship between the area S1 of the substrate-
5.実施形態5
次に、実施形態5に係る振動デバイス1dを、図15~図17を参照して説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
5. Embodiment 5
Next, the
本実施形態に係る振動デバイス1dは、実施形態1の振動デバイス1に比べ、振動素子2dの振動する方向が異なる。具体的には、振動素子2dは、第1振動素子10dと、第2振動素子20dと、第3振動素子30と、を有し、第1振動素子10dと、第2振動素子20dと、第3振動素子30と、はX方向に振動する。
The
図15及び図16に示すように、振動素子2dは、第1振動素子10dと、第2振動素子20dと、第3振動素子30と、を有し、四角錘台形形状を有する固定部50dと、基板3と、が接続されている。
As shown in FIGS. 15 and 16, the vibrating
第3振動素子30は、第3基部43と、第3基部43から延出する第3振動腕31と、第3振動腕31を振動させるための第5駆動部32及び第6駆動部33と、を有する。本実施形態では、第3振動素子30の第3基部43と、第3振動腕31と、は、第2振動素子20dの第2基部42dと、第2振動腕21dと、それぞれ略同じ形状を有している。
The third vibrating
第1振動素子10dの第1基部41dと、第2振動素子20dの第2基部42dと、第3振動素子30の第3基部43と、は、Z方向プラス側に向かって、この順番で接続され、基部40dとなっている。
The
第1振動素子10dの第1振動腕11dと、第2振動素子20dの第2振動腕21dと、第3振動素子30の第3振動腕31と、はZ方向に並んで、基部40dのY方向プラス側の一端40aからY方向プラス側に延出している。
The first vibrating
また、第3振動腕31のX方向マイナス側の側面には、第3振動腕31側から第2電極17d、圧電膜16d、第1電極15dの順で積層されている第5駆動部32が設けられている。第3振動腕31のX方向プラス側の側面には、第3振動腕31側から第1電極15d、圧電膜16d、第2電極17dの順で積層されている第6駆動部33が設けられている。
Further, on the side surface of the third vibrating
図16及び図17に示すように、第2振動腕21dのX方向マイナス側の側面には、第2振動腕21d側から第1電極15d、圧電膜16d、第2電極17dの順で積層されている第3駆動部22dが設けられている。第2振動腕21dのX方向プラス側の側面には、第2振動腕21d側から第2電極17d、圧電膜16d、第1電極15dの順で積層されている第4駆動部23dが設けられている。
As shown in FIGS. 16 and 17, on the side surface of the second vibrating
また、第1振動腕11dのX方向マイナス側の側面には、第5駆動部32と同じ構成の第1駆動部12dが設けられている。第1振動腕11dのX方向プラス側の側面には、第6駆動部33と同じ構成の第2駆動部13dが設けられている。
Further, a
第1駆動部12dと、第2駆動部13dと、第3駆動部22dと、第4駆動部23dと、第5駆動部32と、第6駆動部33と、のそれぞれの第1電極15dは、図示しない配線により電気的に接続されている。第1駆動部12dと、第2駆動部13dと、第3駆動部22dと、第4駆動部23dと、第5駆動部32と、第6駆動部33と、のそれぞれの第2電極17dは、図示しない配線により電気的に接続されている。
The
第1振動素子10dの第1振動腕11dと、第3振動素子30の第3振動腕31と、はX方向に沿って同位相で振動し、第1振動腕11d及び第3振動腕31と、第2振動素子20dの第2振動腕21dと、はX方向に沿って互いに逆位相で振動する。このように隣り合う振動腕を互いに逆位相で振動させることにより、振動素子2dの振動が安定する。
The first vibrating
本実施形態によれば、振動素子2dの振動する方向をX方向としたときも、実施形態1と同様な効果を得ることができる。
According to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained even when the vibrating direction of the vibrating
また、本実施形態によれば、固定部50dは、四角錘台形形状であるので、実施形態3と同等の効果を得ることができる。
Further, according to the present embodiment, since the fixed
6.実施形態6
次に、実施形態6に係る振動デバイス1eを、図18~図20を参照して説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
6.
Next, the
本実施形態に係る振動デバイス1eは、実施形態1の振動デバイス1に比べ、振動素子2eの材質が異なる。具体的には、第1振動素子10eの第1振動腕11eと、第1基部41eと、固定部50eと、第2振動素子20eの第2振動腕21eと、第2基部42eと、を圧電材料である、例えば、水晶により形成している。
The material of the
図18及び図19に示すように、振動素子2eは、第1振動素子10eと、第2振動素子20eと、を有し、四角錘台形形状を有する固定部50eと、基板3と、が接続されている。
As shown in FIGS. 18 and 19, the vibrating
第1振動素子10eの第1基部41eと、第2振動素子20eの第2基部42eと、は、Z方向プラス側に向かって、この順番で接続され、基部40eを形成している。
The
第1振動素子10eの第1振動腕11eと、第2振動素子20eの第2振動腕21eと、はZ方向に並んで、基部40eのY方向プラス側の一端40aからY方向プラス側に延出している。
The first vibrating
第2振動腕21eの上面及び下面には第2電極17eが形成され、第2振動腕21eのX方向プラス側及びX方向マイナス側の両側面には、第1電極15eが形成されている。
The
図19及び図20に示すように、第1振動腕11eの上面及び下面には第1電極15eが形成され、第1振動腕11eのX方向プラス側及びマイナス側の両側面には、第2電極17eが形成されている。
As shown in FIGS. 19 and 20, a
第1振動腕11eの第1電極15eと、第2振動腕21eの第1電極15eとは、図示しない配線により電気的に接続されている。第1振動腕11eの第2電極17eと、第2振動腕21eの第2電極17eと、は、図示しない配線により電気的に接続されている。
The
第1振動腕11eと、第2振動腕21eと、を水晶で形成することにより、第1電極15eと、第2電極17eと、第1振動腕11eと、により第1振動素子10eを振動させることができ、同様に、第1電極15eと、第2電極17eと、第2振動腕21eと、により第2振動素子20eを振動させることができる。
By forming the first vibrating
第1振動腕11eにおける第1電極15e及び第2電極17eの配置と、第2振動腕21eにおける第1電極15e及び第2電極17eの配置と、はそれぞれ逆になっている。これにより、第1振動素子10eと、第2振動素子20eと、は互いに逆位相で振動するので、振動素子2eの振動が安定する。なお、本実施形態では、第1振動素子10e及び第2振動素子20eと、がZ方向に振動するように、第1振動腕11e及び第2振動腕21eを構成する水晶の結晶軸を選定しているが、X方向に振動するように結晶軸を選定してもよい。
The arrangement of the
なお、本実施形態では、圧電材料として水晶を用いているが、圧電材料としては、例えば、AlN、ZnO、PZTなどのセラミックスであってもよい。 In this embodiment, quartz is used as the piezoelectric material, but the piezoelectric material may be, for example, ceramics such as AlN, ZnO, and PZT.
本実施形態によれば、第1振動腕11e及び第2振動腕21eとして水晶を用いたときも、実施形態1と同様な効果を得ることができる。
According to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained even when the crystal is used as the first vibrating
また、本実施形態によれば、固定部50eは、四角錘台形形状であるので、実施形態3と同等の効果を得ることができる。
Further, according to the present embodiment, since the fixed
なお、上述した振動デバイス1~1eは、発振器や、加速度センサーや角速度センサーなどの慣性センサーとして好適に用いることができる。
The
1~1e…振動デバイス、2~2e…振動素子、3…基板、3h…基板の平面である上面、4…蓋体、6…収容空間、10~10e…第1振動素子、11,11d,11e…第1振動腕、12,12d…第1駆動部、13,13d…第2駆動部、15,15d,15e…第1電極、16,16d…圧電膜、17,17d,17e…第2電極、19…外部電極、20,20d,20e…第2振動素子、21,21d,21e…第2振動腕、22,22d…第3駆動部、23,23d…第4駆動部、30…第3振動素子、31…第3振動腕、32…第5駆動部、33…第6駆動部、40,40d,40e…基部、40a…基部のY方向プラス側の一端、41,41d,41e…第1基部、42,42d,42e…第2基部、43…第3基部、50~50e…固定部、50h…固定部の基部側接続部、50r…固定部の基板側接続部、55…くびれ部、S1…固定部の基板側接続部の面積、S2…固定部の基部側接続部の面積、S3…くびれ部の面積、L1…固定部のY方向の中心線、L2…基部のY方向の中心線。 1 to 1e ... vibration device, 2 to 2e ... vibration element, 3 ... substrate, 3h ... top surface of the substrate, 4 ... lid, 6 ... accommodation space, 10 to 10e ... first vibration element, 11, 11d, 11e ... 1st vibrating arm, 12, 12d ... 1st drive unit, 13, 13d ... 2nd drive unit, 15, 15d, 15e ... 1st electrode, 16, 16d ... Piezoelectric film, 17, 17d, 17e ... 2nd Electrodes, 19 ... External electrodes, 20, 20d, 20e ... Second vibrating elements, 21,21d, 21e ... Second vibrating arms, 22, 22d ... Third drive unit, 23, 23d ... Fourth drive unit, 30 ... 3 vibrating element, 31 ... 3rd vibrating arm, 32 ... 5th drive unit, 33 ... 6th drive unit, 40, 40d, 40e ... base, 40a ... one end of the base on the positive side in the Y direction, 41, 41d, 41e ... 1st base, 42, 42d, 42e ... 2nd base, 43 ... 3rd base, 50-50e ... Fixed part, 50h ... Base side connection part of fixed part, 50r ... Board side connection part of fixed part, 55 ... Constriction Part, S1 ... Area of the substrate side connection part of the fixed part, S2 ... Area of the base side connection part of the fixed part, S3 ... Area of the constricted part, L1 ... Center line in the Y direction of the fixed part, L2 ... Y direction of the base Center line.
Claims (9)
前記基板から前記平面の法線方向に突出している固定部と、
前記固定部に接続されている基部と、
前記基部から前記法線方向と交差する方向に延出し、前記法線方向に並んで配置されている複数の振動腕と、を備え、
前記固定部は、前記法線方向からの平面視において、前記基部の外形に内包され、かつ、前記基部よりも面積が小さい、
振動デバイス。 A board with a flat surface and
A fixing portion protruding from the substrate in the normal direction of the plane,
The base connected to the fixing part and
A plurality of vibrating arms extending from the base in a direction intersecting the normal direction and arranged side by side in the normal direction are provided.
The fixed portion is included in the outer shape of the base portion in a plan view from the normal direction, and has a smaller area than the base portion.
Vibration device.
請求項1記載の振動デバイス。 The fixed portion is arranged so as to be biased to the side opposite to the extending side of the plurality of vibrating arms of the base portion in the plan view.
The vibration device according to claim 1.
請求項1又は請求項2記載の振動デバイス。 The fixing portion has a constricted portion between a substrate-side connecting portion in which the substrate and the fixing portion are connected and a base-side connecting portion in which the fixing portion and the base portion are connected.
The vibration device according to claim 1 or 2.
S1≠S2
である、
請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の振動デバイス。 In the plan view, when the area of the substrate side connection portion is S1 and the area of the base side connection portion is S2,
S1 ≠ S2
Is,
The vibration device according to any one of claims 1 to 3.
S1>S2
の関係を満たす、
請求項4記載の振動デバイス。 The S1 and the S2 are
S1> S2
Satisfy the relationship,
The vibration device according to claim 4.
S1<S2
の関係を満たす、
請求項4記載の振動デバイス。 The S1 and the S2 are
S1 <S2
Satisfy the relationship,
The vibration device according to claim 4.
請求項3乃至請求項6の何れか一項に記載の振動デバイス。 The fixed portion has a gradual increase or decrease in cross-sectional area from the substrate-side connection portion to the base-side connection portion in the plan view.
The vibration device according to any one of claims 3 to 6.
少なくとも一つの前記振動腕には圧電膜が形成されている、
請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の振動デバイス。 The substrate, the fixing portion, the base portion, and the vibrating arm are made of silicon.
A piezoelectric film is formed on at least one of the vibrating arms.
The vibration device according to any one of claims 1 to 7.
請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の振動デバイス。 The fixed portion, the base portion, and the vibrating arm are made of quartz.
The vibration device according to any one of claims 1 to 7.
Priority Applications (1)
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